分子軌道法について

質問

分子軌道法について質問します。授業で分子軌道法は原子軌道同士の数学的な組み合わせから分子軌道をつくることによって共有結合を表現する方法だと教わって、結合性軌道と反結合性軌道があるとならったんですが、これというのは、ある分子について、結合性軌道と反結合性軌道のパターンを考えて、それを数学的に混ぜ合わせて電子の状態を考えるとかんがえてもよいのですか。また、エネルギーの低い結合性分子から、電子がうまっていくそうですが窒素分子などで、σ＾ｂ（ｓ）とσ＾ｂ（ｚ）などが相互作用してエネルギーの準位（？）が変わったりするといわれ、混乱してしまいました。誰か教えてくれませんか。おねがいします。

回答No.2

noname#62864 · ベストアンサー

補足です。
＊前半について
答えになっているかどうかわからないのですが、たとえばHには1s軌道があります。
2個のH原子が存在する場合に、それぞれが1s原子軌道を出し合って、分子軌道を形成します。
この時に、出し合う1s軌道の位相があっていれば、結合性分子軌道ができますし、合っていなければ反結合性分子軌道になります。
つまり、2個Hが持ち寄った合計2個の原子軌道から、同数（2個）の分子軌道ができあがり、その内の一方が結合性で、他方が反結合性になるということです。
そのどちらになるかということは、1s軌道の位相が合っているか、合っていないかということによって決まります。

ところで、この後の「結合性軌道と反結合性軌道」に関するご質問の補足が出来ませんでしたので、ここで補足します。
つまり、「多くの分子において、結合性分子軌道の数は、その分子の価電子をちょうど収容できる数になっている」ということは、まさに上述のことと関連しています。
多くの場合、2個の原子が原子軌道を持ち寄り、上述のように、結合性分子軌道と反結合性分子軌道が出来ます。
この時に結合形成に使われる電子の数は2個だけですので、結合性分子軌道に過不足なく収容され、反結合性分子軌道には電子が入りません。ただし、これには例外もありますので、「多くの分子において」としたわけです。
1,3-ブタジエンの場合には、4個のπ分子軌道の内の２個が結合性であり、π電子の数は4個なので、結合性の２個の軌道に各２電子ずつ、過不足なく収容されることになります。

＊後半について
相変わらず、この部分がよくわからないのですが・・・
その原因は、分野によって軌道の表記方法がまちまちであることと、それに加えて、結合に対する解釈に違いがあったりします。
当然のこととも言えますが、窒素と酸素の電子数の違いによって、電子対が、結合に使われたり、孤立電子対になったりという違いが生じるためではないかと想像しますが、自信はありません。

お礼

よく分かりました。説明ありがとうございました！

回答No.1

noname#62864

＊前半について
原子軌道をあらわす波動関数には、位相というものがあり、それらを組み合わせるときには、位相（あるいは波動関数の符号）を考慮する必要があります。
単純にいうならば、位相が合っていれば結合性軌道になりますし、逆になっていれば反結合性軌道になるということです。
つまり、結合性、反結合性というのは、原子軌道の組み合わせ方によると思って下さい。なお、これは単純な系に限っての話です。

＊後半について
質問の意味がよくわからないのですが、おそらく混成軌道のことだと思います。2s軌道と3個の2p軌道が混ざり合ってできる軌道をつかって、σ結合やπ結合を形成するという話ではないかと想像します。
σ結合に使われる分子軌道とπ結合に使われる分子軌道ではエネルギー準位が異なっています。

補足

説明ありがとうございます！前半の質問で、もう少し聞きたいことがあるんですが、原子軌道というのはエネルギーの低い順に考えられうる軌道を１つ１つ考えていっているだけで、それらをまぜあわせて、分子における電子の分布をかんがえるということではないと思っていてもいいんでしょうか。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　後半の質問なんですけど、例えばO2とかだったら、２ｐの軌道は素直にエネルギーの低い順からσ＾ｂ（Z)、π＾ｂ（X、Y)となっているんですけど、N2になるとエネルギーの低い順に２ｐの軌道がπ＾ｂ（X,Y)、σ＾ｎ（Z）となってしまうそうで、どこがどう相互作用しているのか、よくわからなくて混乱してしまいます。このようなことが分からないんですが、教えていただけませんか。